石杉?jí)A甲的合成及結(jié)構(gòu)改造研究進(jìn)展_曾繁星

1、收稿:1999年3月,收修改稿:1999年6月*國(guó)家“863”高科技項(xiàng)目基金資助項(xiàng)目*通訊聯(lián)系人石杉?jí)A甲的合成及結(jié)構(gòu)改造研究進(jìn)展*曾繁星蔣華良楊玉社陳凱先嵇汝運(yùn)*(中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所上海200031摘要石杉?jí)A甲是一高效、高選擇性乙酰膽堿酯酶抑制劑,由于其獨(dú)特的藥理特征和低毒性,引起了人們的廣泛注意。本文系統(tǒng)地綜述了石杉?jí)A甲的全合成方法、結(jié)構(gòu)改造工作及構(gòu)效關(guān)系的研究。關(guān)鍵詞石杉?jí)A甲全合成結(jié)構(gòu)改造活性Progress in Synthesis and Structural Modification of Huperzine AZeng Fanx ing J iang Hualiang Yan

2、g Yushe Chen Kaix ian Ji Ruyun(Shanghai Institute of Materia Medica ,Chinese Academy ofSciences,Shanghai 200031,ChinaAbstract Huper zine A has been sho w n to be a pow erful selectiv e inhibitor o f acety lcholinesterase a nd has attracted w idespread a ttention because of its unique pha rmaco logic

3、a l profile and lo w toxicity .The to tal chemical sy nthesis ,structural m odificatio n and structure-activity rela tionship of huper zine A hav e been sy stem atically review ed.Key words huperzine A ;total chemical synthesis ;structural modifica tio n ;activity 隨著世界老齡人口的迅速增加,早老性癡呆癥(Alzheimer '

4、;s disease,AD病人日益增多,已成為繼心血管疾病,腫瘤病后威脅老年人生命的第三位疾病。AD 臨床上主要表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知功能減退,并伴有行為障礙及情緒異常等,直至生活不能自理。在65歲以上人群中,西方人的患病率為5%左右1,我國(guó)60歲以上人的患病率為3.43.9%2。這種病人給社會(huì)帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)和家庭問(wèn)題。尋找有效的藥物預(yù)防和治療早老性癡呆癥已成為藥物學(xué)家和臨床醫(yī)學(xué)工作者的迫切任務(wù)。神經(jīng)病理學(xué)的研究表明,在AD 病人中,學(xué)習(xí)和記憶能力的喪失與乙酰膽堿能神經(jīng)功能的下降有直接的關(guān)系3。所以目前治療策略的研究多集中在膽堿能替代療法,即尋找新的中樞擬膽堿藥。其中乙酰膽堿酯酶抑制劑是目前研究最

5、多并廣泛應(yīng)用于臨床的一類(lèi)藥物。該類(lèi)藥物通過(guò)抑制乙酰膽堿酯酶(ACh E 對(duì)乙酰膽堿的水解作用而提高突觸間的乙酰膽堿濃度。石杉?jí)A甲作為第二代乙酰膽堿酯酶抑制劑,由于其獨(dú)特第12卷第1期的藥理特征和低毒性4,越來(lái)越引起人們的高度重視。目前,石杉?jí)A甲作為食品添加劑或營(yíng)養(yǎng)保健品已在美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)上銷(xiāo)售,用于提高記憶功能5,在國(guó)內(nèi),它也已作為治療AD 的新藥被批準(zhǔn)上市。本文對(duì)石杉?jí)A甲的全合成方法、結(jié)構(gòu)改造工作及構(gòu)效關(guān)系研究作了系統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述。一、石杉?jí)A甲石杉?jí)A甲(huperzine A ,Hup A ,1,化學(xué)名(5R ,9R ,11E -5-氨基-11-亞乙基-5,6,9,10-四氫-7-甲基-5,9-亞

6、甲環(huán)芳辛并-2(1H-吡啶酮,是中科院上海藥物所劉嘉森等人從石松科植物千層塔Huperzia serrata (Thunb Thev.的酚性部分獲得的生物堿6,7。唐希燦等8 基于千層塔在民間和臨床應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)膽堿能副反應(yīng)這一現(xiàn)象,對(duì)石杉?jí)A甲進(jìn)行了抑制膽堿酯酶的藥理研究,結(jié)果表明:石杉?jí)A甲是高效的乙酰膽堿酯酶抑制劑,其抑酶活性為毒扁豆堿的3倍,并且對(duì)丁酰膽堿酯酶的抑制作用較弱。最近的藥理結(jié)果表明9,10,石杉?jí)A甲不僅是一高效、高選擇性的可逆性乙酰膽堿酯酶抑制劑,并具有提高學(xué)習(xí)、記憶效果的功能,并且它的選擇性、生物利用度和改善工作記憶的作用高于已被FDA 批準(zhǔn)用于AD 治療的藥物他克林和E 202

7、0。因此說(shuō),石杉?jí)A甲是臨床治療AD 很有前途的新一代乙酰膽堿酯酶抑制劑。二、石杉?jí)A甲的合成1.消旋石杉?jí)A甲的全合成石杉?jí)A甲在千層塔中含量?jī)H為萬(wàn)分之一左右,并且千層塔植物來(lái)源困難且生長(zhǎng)周期長(zhǎng)達(dá)810年。隨著世界人口老齡化的加深和對(duì)治療老年性癡呆癥藥物需求的日益迫切,石杉?jí)A甲的合成工作引起了藥物化學(xué)家的研究興趣。1989年,中科院上海藥物所錢(qián)立剛和嵇汝運(yùn)最早報(bào)道了外消旋石杉?jí)A甲的全合成(圖111,12。他們以乙酰乙酸乙酯為起始原料,用已知方法制得了吡啶酮5,將羰基選擇性保護(hù)后,經(jīng)一系列反應(yīng)而得到以烯醇式存在的U -酮酯11,總產(chǎn)率為17.1%。這一制備U -酮酯11路線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)較為經(jīng)典,缺點(diǎn)

8、在于其中幾步反應(yīng)所用試劑不適合大量制備,如碳酸銀和苯基鋰。U -酮酯11經(jīng)Michael-aldol 反應(yīng)形成三碳橋環(huán)化合物12,成甲磺酸酯13后,再消去形成環(huán)內(nèi)雙鍵化合物14,由于13中只有反式豎鍵的異構(gòu)體才能發(fā)生消除反應(yīng),因而產(chǎn)率較低(30%。14再經(jīng)Wittig 反應(yīng)、Curtius 重排和去保護(hù)而完成了外消旋石杉?jí)A甲的全合成。其中通過(guò)Wittig 反應(yīng)得到的所需E 式產(chǎn)物的比例低是該路線(xiàn)的一大缺點(diǎn)。同年,美國(guó)匹茲堡大學(xué)的Ko zikow ski 等亦報(bào)道了外消旋石杉?jí)A甲的全合成13。用不同的方法合成了U -酮酯11,這條制備U -酮酯11的路線(xiàn)較長(zhǎng),并且需要較昂貴的試劑,如苯基氯化硒、

9、LDA 等,難于滿(mǎn)足大量制備的要求。11同樣經(jīng)Michael-aldo l 反應(yīng)形成三碳橋環(huán)化合物12,再經(jīng)類(lèi)似的轉(zhuǎn)化而完成了外消旋石杉?jí)A甲的全合成(圖2。在此路線(xiàn)中,Ko ziko w ski 用有機(jī)堿TM G 替代了錢(qián)立剛所用的MeONa,反應(yīng)條件更加溫和,同時(shí)他解決了錢(qián)立剛合成路線(xiàn)中雙鍵異構(gòu)的問(wèn)題,通過(guò)PhSH /AIBN 使E /Z =1090的22轉(zhuǎn)換為所·64·化學(xué)進(jìn)展第12卷 圖1試劑與反應(yīng)條件:a丙烯腈,NaO Et,EtO H,rt(63%;b濃HCl,0-5(86%;c30%Pd /C,Ph 2O,回流(60%;d Ag 2CO 3,C H 3I ,Ph

10、 H ,T HF ,60(92%;e L AH ,(C 2H 52O ,回流(83%;f Ph Li ,HC HO ,醚,-15(88.1%;g SO Cl 2,CHCl 3,回流(80.6%;NaCN,DM SO,50-70(75.6%;h HCl,CH 3O H,回流(85.7%;i NaH ,THF ,rt (90%;j 異丁烯醛,NaOM e ,M eOH ,-70,rt (96.3%;k M sCl ,Et 3N ,CH 2Cl 2,rt (52.2%;lAcOH,AcONa,回流(30%;mPh 3P C HC H 3,THF,rt (73.6%(Z /E>98%;KO H

11、,M eO H ,回流(56.1%;n DPPA ,DM SO ,Et 3N ;EtO H 回流(81%;o M e 3SiCl ,NaI ,C H 3CN ,65;KO H,18-crow n-6,甲苯,回流(62%.需的E 式比例為90%的22,但同樣存在脫水成環(huán)內(nèi)雙鍵產(chǎn)率低的問(wèn)題。1990年,Kozikow ski 報(bào)道了“一鍋煮”的方法由17制備24,產(chǎn)率可達(dá)70%14。再經(jīng)進(jìn)一步反應(yīng)得到U -酮酯11(圖3。產(chǎn)率比上一路線(xiàn)有明顯的提高,并且避免了昂貴的試劑。·65·第2期曾繁星等石杉?jí)A甲的合成及結(jié)構(gòu)改造研究進(jìn)展 圖2試劑與反應(yīng)條件:a吡咯烷,Ph H,P-Ts O

12、 H(催化劑,回流;丙烯酰胺,1,4-二 烷,回流;H 2O,1,4-二 烷,回流(70%;bK H,Bn Cl,T HF,rt(100%;LDA,Ph SeCl,THF,-78;NaIO 4,Et 3N,M eO H,回流(80%;cH 2,Pd(OH2/C,HOAc,rt(80%;Ag 2CO 3,M eI,CHCl 3,rt(92%;d5%HCl,丙酮,回流(85%;KH,(M eO2CO,回流(87%;e異丁烯醛,TM G,C H 2Cl 2,rt(93%;fM s Cl,Et 3N,DM AP,C H 2Cl 2,rt(96%;gNaOAc,HO Ac,110(50%;h Ph 3P

13、=C HC H 3,T HF,0-rt(73%;iPh S H,AIBN ,170(100%;j 20%NaO H ,T HF ,M eOH ,回流(78%bas ed on E -ester ;SOCl 2,甲苯,80;NaN 3,80;M eOH,回流(80%;k TM SI,C HCl 3,回流;M eO H,回流(92%.位而完成了外消旋石杉?jí)A甲的全合成(圖4。用這一方法比用Michael-aldo l 反應(yīng)形成三碳橋環(huán)的產(chǎn)率高。1997年,Lang lois 等報(bào)道了另一U -酮酯11的合成方法。他們從2-甲氧基-6-甲基吡啶(30出發(fā),經(jīng)五步反應(yīng)以43%的總產(chǎn)率得到了U -酮酯11

14、(圖517。雖然總產(chǎn)率比較高,但由于反應(yīng)過(guò)程中需要低溫,并且有一步是臭氧反應(yīng),可能難以大量制備。2.石杉?jí)A甲的不對(duì)稱(chēng)合成由于天然石杉?jí)A甲的活性是其對(duì)映體的38倍,因而合成光學(xué)活性石杉?jí)A甲自然引起了人們的注意。1991年,Kozikow ski 首次報(bào)道了光學(xué)活性石杉?jí)A甲的全合成(圖618。將U -酮酯11與(-8-苯基薄荷醇進(jìn)行酯交換反應(yīng),得到手性酯34。以34為底物,與甲基丙烯醛進(jìn)行不對(duì)·66·化學(xué)進(jìn)展第12卷 圖3試劑與反應(yīng)條件:a methyl p ropiolate ,NH 3,M eO H ,100(70%. 圖4試劑與反應(yīng)條件:aPd (O Ac2,PPh3,T

15、M G,1,4-二 烷,回流(92%;b Ph 3P=C HC H 3,T HF,0-rt (83%;c Ph SH ,AIBN ,甲苯,85(92%;d 20%NaO H ,T HF ,M eO H ,回流(83%;DPPA ,Et 3N ,甲苯,85;M eO H,回流(82%;eTM SI,C HCl 3,回流;C H 3OH,回流;三氟甲烷磺酸,1,4-二 烷,93%(84%. 圖5試劑與反應(yīng)條件:a1,3-二溴-5,5-二甲基乙內(nèi)酰脲,T HF,20(85%;b LDA,THF,-78,烷基溴(81%;cn -BuLi,-78;Cu I,-20,T HF,烷基溴(88%;d O 3,

16、NaO H,CH 2Cl 2,-78,SiO 2,CH 2N 2,Et 2O,20(75%;eK H,T HF(91%.稱(chēng)Michael -aldo l 反應(yīng),得到橋環(huán)產(chǎn)物35,成甲磺酸酯后再發(fā)生消除反應(yīng)而得到非對(duì)映異構(gòu)體混合物36、37,de 值為80%,經(jīng)柱層析分離而得到(5S ,9R -36,經(jīng)Wittig 反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)而得到38,由于化合物38中酯的空間位阻過(guò)大,不能在堿性條件下水解成相應(yīng)的酸15,需經(jīng)氫化鋁鋰還原和Jones 氧化而得到。進(jìn)一步按照外消旋石杉?jí)A甲的合成步驟而得到了·67·第2期曾繁星等石杉?jí)A甲的合成及結(jié)構(gòu)改造研究進(jìn)展天然石杉?jí)A甲。此方法不僅需化

17、學(xué)計(jì)量的(-8-苯基薄荷醇,而且反應(yīng)步驟要比合成消旋石杉?jí)A甲多幾步。 圖6試劑與反應(yīng)條件:a(-8-苯基薄荷醇,苯,回流(91%;b異丁烯醛TM G,C H2Cl2,rt(90%;cM s Cl,Et3N,DM AP,CH2Cl2,r t(96%;NaO Ac,HOAc,110(50%;dPh3P=CHCH3,THF,0-rt(73%;ePh S H,AIBN,170;fL AH,T HF,rt(90%;J on es試劑(90%.1995年,陳衛(wèi)平等報(bào)道了部分光學(xué)活性石杉?jí)A甲的不對(duì)稱(chēng)合成路線(xiàn)(圖719。以4-氧-1,7-庚二酸二甲酯39為起始原料,在四氯化鈦催化下和吡咯烷反應(yīng)形成烯胺40,4

18、0未經(jīng)純化直接與兩當(dāng)量的丙炔酰胺反應(yīng)得到吡啶酮41。41再經(jīng)保護(hù)和分子內(nèi)Dieckma nn縮合反應(yīng)得到-酮酯11。在10mol%手性堿奎寧催化下,U-酮酯11與甲基丙烯醛進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)Michael-aldol反應(yīng),得到橋環(huán)產(chǎn)物12,成甲磺酸酯后再消去甲磺酸酯而得到化合物14。用手性位移試劑Eu(hfc3經(jīng)1HNM R測(cè)得其ee值為51%,再經(jīng)二氯甲烷/正己烷重結(jié)晶得到65%ee的14。從65%ee的14出發(fā)完成了部分光學(xué)活性石杉?jí)A甲的全合成。1997年,Terashima小組以(-辛可尼丁為手性堿,催化U-酮酯11與甲基丙烯醛進(jìn)行的不對(duì)稱(chēng)Michael-aldo l反應(yīng),得到橋環(huán)產(chǎn)物12,化學(xué)

19、產(chǎn)率僅有43%。轉(zhuǎn)化為14后的ee值為64%。經(jīng)己烷反復(fù)重結(jié)晶得99%ee的(5S,9R-14,回收率僅為37%。從光學(xué)純的(5S,9R-14出發(fā),進(jìn)而完成了光學(xué)活性石杉?jí)A甲的全合成20。 圖7試劑與反應(yīng)條件:a吡咯烷,TiCl4,Ph H,rt;b丙烯酰胺,T HF,回流(41%;cAg2CO3,M eI,THF, Ph H,30-35(91%;dNaH,THF,rt(95.5%;e10mol%,(-奎寧,異丁烯醛,CCl4,rt(90%;f從C H2Cl2/環(huán)乙烷中重結(jié)晶同年,Terashima小組還報(bào)道了用鈀催化不對(duì)稱(chēng)烯丙基取代反應(yīng)合成光學(xué)活性石杉?jí)A甲的方法(圖821。在含二茂鐵的手性膦

20、配體(R,S-42的導(dǎo)向下,對(duì)U-酮酯11進(jìn)行鈀催化不對(duì)稱(chēng)雙環(huán)化反應(yīng),得到的環(huán)化產(chǎn)物26在三氟甲磺酸作用下雙鍵區(qū)域選擇性轉(zhuǎn)位,所得的橋環(huán)產(chǎn)物14的ee值為64%,再經(jīng)正己烷反復(fù)重結(jié)晶得到99%ee的(5S,9R-14,回收率為圖8試劑與反應(yīng)條件:aPd(O Ac2,(R,S-42,DM E,-30-15(92%;bTfOH,1,4-二烷,93(86%;從環(huán)己烷中重結(jié)晶(37%.37%。從光學(xué)純的(5S,9R-14出發(fā),進(jìn)而完成了光學(xué)活性石杉?jí)A甲的全合成。用鈀催化不對(duì)稱(chēng)雙環(huán)化的方法比用不對(duì)稱(chēng)Michael-aldo l反應(yīng)方法在立體選擇性相仿情況下,化學(xué)產(chǎn)率卻要高得多。三、石杉?jí)A甲的結(jié)構(gòu)改造及構(gòu)

21、效關(guān)系從天然產(chǎn)物中分離出具有生物活性的化合物是新藥研究的一個(gè)重要方面,而以這些化合物為先導(dǎo)物,對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化、改造、修飾或優(yōu)化,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)具有新型結(jié)構(gòu)及特殊藥理作用的化合物,一直是新藥研究的一個(gè)重要方向。石杉?jí)A甲作為AChE抑制劑,由于它的高效、專(zhuān)一性,人們對(duì)它進(jìn)行了大量的結(jié)構(gòu)改造工作。1.保留石杉?jí)A甲基本骨架的結(jié)構(gòu)改造(1石杉?jí)A甲吡啶酮環(huán)的結(jié)構(gòu)改造Ko ziko wski等人以苯環(huán)替代吡啶酮環(huán)合成了石杉?jí)A甲類(lèi)似物4322,其活性已喪失。1995年Ko ziko wski等人又合成了嘧啶酮環(huán)石杉?jí)A甲類(lèi)似物4423,以期望通過(guò)增加氫鍵作用來(lái)提高它的抑制ACh E活性,結(jié)果活性幾乎喪失。分析原因

22、這可能是由去溶劑化能量的改變引起的。石杉?jí)A甲-ACh E復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)表明24,石杉?jí)A甲的吡啶酮環(huán)不僅與Tyr 130形成一個(gè)氫鍵,它還通過(guò)H2O619與Glu199形成氫鍵。因此理論上講,如果將水分子移置吡啶酮環(huán)上,上述氫鍵的相互作用力會(huì)由于熵的增加而增強(qiáng),從而提高其活性?；诖怂枷?1998年Ko ziko w ski等人25在應(yīng)用M CDO CK程序26進(jìn)行深入的DO CK研究之后,以苯酚和鄰苯二酚代替吡啶酮合成了石杉?jí)A甲類(lèi)似物45、46,結(jié)果活性不盡人意。46的濃度為68M時(shí)仍沒(méi)有活性,而45的濃度為54M以下時(shí)活性消失。除了將其歸咎于溶劑化效應(yīng)外,目前還不能合理地解釋此結(jié)果。 (2

23、石杉?jí)A甲脂橋環(huán)的結(jié)構(gòu)改造化合物47-52是對(duì)脂橋環(huán)上甲基、雙鍵進(jìn)行變動(dòng)的類(lèi)似物(表1。由表可見(jiàn),這一部分的改變使活性降低。化合物47僅僅去掉兩個(gè)甲基活性已喪失。在化合物48中,橋環(huán)甲基以較大的苯基取代時(shí),活性幾乎喪失。化合物49與石杉?jí)A甲相比,僅僅是雙鍵在環(huán)外,活性卻僅為石杉?jí)A甲的1/20。橋環(huán)雙鍵被氫化的化合物50和51,甲基處于直立鍵的活性是平伏鍵的2倍?；衔?3-59是脂橋環(huán)上官能化的類(lèi)似物,這些化合物活性也大大下降(表1。其中橋環(huán)氨基處于直立鍵上的活性是處于平伏鍵上的57倍。59是個(gè)有趣的化合物,關(guān)于它的活性尚未見(jiàn)報(bào)道。(3石杉?jí)A甲環(huán)外雙鍵的結(jié)構(gòu)改造在這一類(lèi)化合物中(表2,當(dāng)亞乙基的

24、末端甲基被乙氧羰基或氰基取代,活性喪失。氨甲基或羥甲基取代活性也明顯下降。表1化合物IC 50(M 化合物IC 50(M (±-Hup A ±-5530(±-5630(±-5730(±-5830(±-59318.14c 467c>15a >15a >21a >21a Not tested a :對(duì)照品(-Hup A 的IC 50為0.079M ;b :對(duì)照品(±-HupA 的IC 50為0.3M ;c :對(duì)照品(±-Hup A 的IC 50為0.196M .表2化合物IC 50(M *化合物

25、IC 50(M *(±-6016 *對(duì)照品(±-HupA 的IC 50為0.196M.由于氟原子的電子和空間特征,將它引入具有生物活性的化合物中往往能增強(qiáng)或改善其生理特性32。1996年,Terashima 等合成了三氟甲基取代的石杉?jí)A甲類(lèi)似物64、65、66,發(fā)現(xiàn)活性均遠(yuǎn)低于天然石杉?jí)A甲33(表3。1997年和1998年,Terashima 34和曾繁星35又分別合成了單氟取代的石杉?jí)A甲類(lèi)似物67、68,其活性雖高于三氟甲基取代的石杉?jí)A甲類(lèi)似物,但仍遠(yuǎn)低于天然石杉?jí)A甲(表3。 表3化合物IC50(M(-HupA0.005(±-640.4(±-652(&

26、#177;-664(±-670.2(±-680.6(4石杉?jí)A甲橋頭氨基的結(jié)構(gòu)改造由表4可見(jiàn),當(dāng)氨基改為氨甲基即增加一個(gè)碳原子,或羥甲基和疊氮等,活性喪失;當(dāng)橋頭氨基被?；?活性也幾乎喪失。對(duì)氨基改造所得的席夫堿,?；蛲榛苌?有的活性接近石杉?jí)A甲,有的活性降低。值得一提的是,中科院上海藥物所朱大元等人將提取的天然石杉?jí)A甲的橋頭氨基改造合成了異香蘭石杉?jí)A甲類(lèi)似物80,結(jié)果其抑制ACh E活性和選擇性均與天然石杉?jí)A甲相當(dāng),是很值得研究的類(lèi)似物。近年來(lái),他們?cè)诖嘶A(chǔ)上又合成了許多席夫堿石杉?jí)A甲類(lèi)似物,結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們的抑制AChE活性與天然石杉?jí)A甲相當(dāng),而選擇性大大提高,現(xiàn)在

27、正申請(qǐng)專(zhuān)利。表4 化合物IC50(M化合物IC50(M (±-6928(±-7028(±-7128(±-7228(±-7336(±-7436無(wú)活性無(wú)活性無(wú)活性200a158>3000(±-7536(±-7636(±-7736(±-7836(±-7936(±-8037251.60.631.60.890.11ba:對(duì)照品(±-Hup A的IC50為0.6M;b:對(duì)照品(±-HupA的IC50為0.06M.第 2期 曾繁星等 石杉?jí)A甲的合成及結(jié)構(gòu)改造研究進(jìn)

28、展 · 73 · ( 5石杉?jí)A甲 C10的結(jié)構(gòu)改造 1996 年 , Kozikow ski等在過(guò)去為人們所忽略的石杉?jí)A甲的 C 10 進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造 , 合成了 在 C10位上引入二甲基的類(lèi)似物 81, 發(fā)現(xiàn)其活性與消旋石杉?jí)A甲相仿 , 且在動(dòng)力學(xué)研究上 發(fā)現(xiàn) ,由于兩個(gè)甲基的位阻效應(yīng)使化合物 81從 ACh E釋放的速度低于 HupA(表 5 。 同 年 , Ko zi ko w ski 又報(bào)道了在外消旋石杉?jí)A甲的 C 10 位上引入甲基、 乙基、 正丙基的類(lèi)似物 82, 發(fā)現(xiàn)當(dāng)甲基處于直立鍵時(shí) ( 82a ,其抑制 AChE 的活性比消旋石杉?jí)A甲高 8倍 ; 當(dāng)甲基處

29、于平伏鍵時(shí) , 其抑制活性比消旋石杉?jí)A甲低 1. 5倍 ; 如引入乙基和正丙基等較大的取代基 , 其抑酶活性大大降低 (表 5 。分子模擬研究表明 , 石杉?jí)A甲 C10 橫鍵附近的酶的蛋白質(zhì)殘 基是親水性的 , 而 C 10 豎鍵附近的酶是疏水性的 , 并且這個(gè)酶的如袋狀的空穴能在垂直面 和水平面剛好容納甲基取代基。而只有處于直立鍵的甲基才能形成強(qiáng)烈的疏水 疏 水相互作 用 , 這就是為什么只有當(dāng)甲基處于直立鍵時(shí)的類(lèi)似物活性增強(qiáng) 。 39 38 表 5 化合物 (± -Hup A (± -81 (± -82a K i: 酶抑制常數(shù) K i (M 0. 024 0.

30、 024 0. 003 化合物 (± -82b (± -82c (± -82d K i (M 0. 035 2. 04 > 200 2. 石杉?jí)A甲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的類(lèi)似物的合成 石杉?jí)A甲所特有的橋環(huán)和氨基結(jié)構(gòu) ,不僅為全合成工作 , 也為其結(jié)構(gòu)改造帶來(lái)一定的困 難 。保留石杉?jí)A甲基本骨架的類(lèi)似物的合成工作 , 其難度不亞于石杉?jí)A甲本身的全合成。 因 此 , 人們合成了許多結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的石杉?jí)A甲類(lèi)似物 , 以期望找到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有活性的化合物 (表 6。然而到目前為止 , 已合成的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單環(huán)、雙環(huán)石杉?jí)A甲類(lèi)似物幾乎沒(méi)有活性 。這 說(shuō)明不飽和的三碳橋環(huán)對(duì) ACh E形成

31、的靜電場(chǎng)對(duì)其活性有很大影響。 四、 展望 從石杉?jí)A甲結(jié) 構(gòu)修 飾及結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)化 類(lèi)似物 活性均 低于 ( - -Hup A 本身 來(lái)推斷 , 似乎 分子的各個(gè)結(jié)構(gòu)部分都是與 AChE 活性中心相互作用所必需的 。 ( - -Hup A在酶活 Hup A 性中心如何發(fā)揮作用一直是人們研究的熱點(diǎn)。 1997 年 ,以色列 W ei zmann研究所 Sussman 研究小組報(bào)道了加里福尼亞電鰩乙酰膽堿 酯酶 ( Tc ACh E 石杉?jí)A甲復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu) , 并根據(jù)此晶體結(jié)構(gòu)解釋了 HupA 及其類(lèi)似物 與酶活性中心的相互作用 24, 43 。 晶體結(jié)構(gòu)表明 , HupA與 ACh E的活性部位結(jié)合

32、 , 主要作用 位點(diǎn)有 : ( 1 Hup A吡 啶酮環(huán)的 羰基氧原 子與 ACh E Ty r 130 的 羥基 之間有 強(qiáng)烈的 氫鍵作 · 74· 化 學(xué) 進(jìn) 展 表 6 化合物 IC50 ( M (± -88 41 化合物 第 12 卷 IC50 ( M > 17b (± -83 40 > 20 (± -84 40 > 20 (± -89 41 > 15b (± -85 29 388a (± -90 42 950c (± -86 27 無(wú)活性 (± -91 27 無(wú)

33、活性 (± -87 41 > 50b (± -92 27 無(wú)活性 a: 對(duì)照品 (± -Hup A的 IC 50為 0. 0715 : 對(duì)照品 ( - -HupA 的 IC50 為 0. 079 : 對(duì)照品 (± -Hup A的 IC 50 M; b M; c 為 0. 3 M. 用 ; ( 2 HupA 吡啶酮環(huán)上的氮原子通過(guò)水分子與 Gly 117 、 Ty r130 和 Glu199殘基成氫鍵作 用 ; ( 3 HupA 的氨基與 ACh E活性部位的一個(gè)水分子形成氫鍵 , 這一水分子又與另外 3個(gè) 水分子形成氫鍵 , 而后面的 3 個(gè)水分子

34、再與 T yr 121 等 5個(gè)氨基酸殘基形成氫鍵網(wǎng)絡(luò) ; ( 4 Hup A 的氨基 質(zhì)子化后與 T rp84和 Phe 330 的芳香性側(cè)鏈發(fā)生陽(yáng)離子 c相互作用 ; ( 5 Hup A的亞 乙基 甲基 與 His440 主鏈 上的 羰 基形 成非 常規(guī) 氫 鍵 ; ( 6 HupA 與 T rp84 和 His440的側(cè)鏈發(fā)生疏水相互作用。 ( - -Hup A與 ACh E復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)的 X 射線(xiàn)單晶分析揭示了 HupA與 ACh E 活性 部位相互作用的大量信息 , 這為 Hup A的結(jié)構(gòu)改造提供了方便 , 減少了工作的盲目性。 然而 ,在已合成的近百個(gè)石杉?jí)A甲類(lèi)似物中 , 除 4

35、5, 46和 68 是根據(jù) Hup A-Tc ACh E復(fù) 合物晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行 DOCK 研究后 , 設(shè)計(jì)并合成的以外 25, 35 , 其它類(lèi)似物均是先合成而后再 進(jìn)行分子模擬和量子化學(xué)理論研究的 39, 44, 45 。而類(lèi)似物 45, 46和 68的活性又與預(yù)測(cè)的不相 符合 ,并且目前還未能充分地解釋此結(jié)果。 因此 , 對(duì)活性影響因素的深入理解將有助于石杉 堿甲類(lèi)似物的全新設(shè)計(jì) , 同時(shí)對(duì)提高模擬程序的預(yù)測(cè)能力也有積極的作用。 參 考 文 獻(xiàn) 1 Hender so n N W , Finch C E, J . N eurosur . , 1989 , 70 , 335. 2 Wiblad

36、 B et al . , Acta N eurol . Scand , 1993, 88 ( Suppl . 149 , 4. 3 Whitehouse P J et al . , N eurology , 1988 , 38 , 720. 4 L aga niere S, Co rey J, Ta ng X C, W ulfer t E, Hanin I, N europharmacology , 1991, 30 , 763. 5 Bo rma u S , C& E N ews , 1998 , June 1, 45. 第 2期 曾繁星等 石杉?jí)A甲的合成及結(jié)構(gòu)改造研究進(jìn)展 

37、3; 75 · 6 Liu J S, Zhu Y L , Yu C M , Zh ou Y Z, Han Y Y, W u F W , Qi B F, Can . J . Chem . , 1986 , 64 , 837. 7 劉嘉森 ( Liu J S , 俞超美 ( Yu C M ,周有作 ( Zho u Y Z ,韓燕藝 ( Han Y Y , 吳鳳梧 ( W u F W , 戚寶鳳 ( Qi B F , 朱元龍 ( Zhu Y L ,化學(xué)學(xué)報(bào) ( Acta Chim . Sinica , 1986, 44 , 1035. 8 唐希燦 ( Ta ng X C , 韓怡凡 ( H

38、an Y F ,陳 小萍 ( Chen X P , 朱曉東 ( Zh u X D , 中 國(guó)藥理 學(xué)報(bào) ( Acta Pharmacol . Sinica , 1986 , 7 , 507. 9 Ch eng D H, Run H, T ang X C , N euroreport , 1996, 8 , 97. 10 T ang X C, Acta Pharmacology Sinica , 1996, 17 , 481. 11 Qia n L G, Ji R Y, Tetrahedron Lett . , 1989, 30 , 2089. 12 錢(qián)立剛 ( Qian L G ,顧坤健 (

39、Gu K J ,嵇汝運(yùn) ( Ji R Y ,中國(guó)藥物化學(xué)雜志 ( Chinese J . Med . Chem . , 1989, 54 , 991. 13 Xia Y , Ko ziko wski A P, J . Am . Chem . Soc. , 1989 , 111 , 4116. 14 Ko ziko w ski A P, Ra jar athna m R E, Miller C P, J . Chem . Soc. , Perk in Trans. I , 1990 , 195. 15 Huang Y J, Lu X Y , T etrahedron L ett . , 1988

40、 , 29 , 5663. 16 Campiani G, Sun L, Ko ziko wski A P, Aagaa rd P, M cknney M , J . Org . Chem . , 1993, 58 , 7660. 17 Chassaing C, Ha udrechy A , La ng lois Y, Syn . Commun . , 1997, 27 , 61. 18 Ya mada F, Ko ziko w ski A P, Reddy E R, Pang Y R, Miller J H, Mikinney M , J . Am . Chem . Soc. , 1991,

41、113 , 4695. 19 陳衛(wèi)平 ( Chen W P ,楊福 秋 ( Ya ng F Q , 中國(guó)藥物化學(xué)雜志 ( Chinese J . Me d . Chem . , 1995 , 5 , 10. 20 Kaneko S, Yo shino T , Ka toh T , Te rashima S, Heterocy cles , 1997 , 46 , 27. 21 Kaneko S, Yo shino T , Ka toh T , Te rashima S, Tetrahedron: Asymmetry , 1997, 8 , 829. 22 Xia Y , Eddy E R, K

42、o ziko w ski A P, Tetrahedron L ett . , 1989 , 30 , 3291. 23 K ozikow ski A P, Cam pia ni G, Na cci V , Sega A, Sax ena A, Do ctor B P, J . Chem . Soc. , Perk in Trans. , 1996, 1287. 24 Rav es M , Har el M , Pang Y P, Silman I, Ko ziko wski A P, Sussman J L , N ature Struct . B iol . , 1997, 4 , 57.

43、 25 Campiani G , Ko ziko w ski A P, Wa ng S M , Liu M , N acci V , Sax ena A , Do cto r B P, Bioorg . & Me d . Chem . Lett . , 1998, 8 , 1413. 26 Liu M , Wa ng S, J . Comput . Aided Mol . Des . 1999 , 13 ( 15: 435- 41. 27 He X C , Wang Z Y , Li Y L et al. , Chin. Chem. Lett. , 1993, 4 , 597. 28

44、Kozikow ski A P , J. Hetero cyclic Chem . , 1990, 27 , 97. 29 Kozikow ski A P , Miller C P , Yamada F et al. , J. M ed. Chem. , 1991 , 34 , 3399. 30 He X C , Zhu Z R , Li Y L et al. , Chin, Ch em, Lett. , 1994, 5 , 471. 31 Kozikow ski A P , Yamada F et al. , Tet rahedro n Lett. , 1992, 33 , 2653. 32 Welch J T , T etr ahedr o